CST仿真實(shí)例：熱療Hyperthermia -生物模型，血液對(duì)流，多物理
這期我們看一個(gè)自帶案例，高溫?zé)岑?。和射頻消融術(shù)一樣，都是用電磁能量加熱局部腫瘤組織，從而達(dá)到治療目的。
打開案例：
該案例是模擬直腸癌患者的治療，為了防止皮膚表面對(duì)電磁波的強(qiáng)反射，案例用了一個(gè)圓柱水材料模型模擬水袋。
天線是8個(gè)偶極子，材料和床板都是有熱仿真參數(shù)的PEC：
再看組織材料，是voxel像素模型：
其中血管除了熱仿真參數(shù)，還有個(gè)bloodflow，人體血液灌注率（bloodperfusion coefficient），與溫度相關(guān)；這個(gè)數(shù)據(jù)可由血液流速和密度等數(shù)據(jù)進(jìn)行推導(dǎo)，詳情見(jiàn)幫助文檔。
再看肌肉，血液灌注率明顯沒(méi)血液高，但是多了一個(gè)新陳代謝率：
再看皮膚，又多了一個(gè)體表對(duì)流系數(shù)：
其他幾十種人體組織材料我們就不看了。
下面查看仿真設(shè)置，電磁和熱耦合任務(wù)在電路中：
其中HF是高頻仿真子任務(wù)，我們看一下求解器的激勵(lì)情況，可見(jiàn)是同時(shí)激勵(lì)的：
實(shí)際操作中，激勵(lì)不會(huì)這么簡(jiǎn)單，多振幅和相位的調(diào)整就可以控制高溫的區(qū)域。功耗監(jiān)視器已添加，后處理中添加了計(jì)算熱損耗的模板，這兩樣都是電磁和熱耦合仿真的重點(diǎn)：
熱仿真用的THs穩(wěn)態(tài)求解器，等下再看，我們直接主任務(wù)電路中更新全部子任務(wù)開始仿真：
先看看HF這個(gè)子任務(wù)的電磁結(jié)果，電磁造成的熱損是3.35W：
損耗密度：
然后我們?nèi)サ綗岱抡孀尤蝿?wù)，功率是電磁結(jié)果放大了50倍；這里有個(gè)特殊設(shè)置，計(jì)算血液流動(dòng)：
查看溫度分布：
這里熱仿真還加了一些后處理，從模板名字看可知都是一些結(jié)果參數(shù)的再提?。?/p>
其實(shí)這些結(jié)果都在1D結(jié)果里面了，再提取就成了0D結(jié)果：
這里我們就看這個(gè)heat flow value的結(jié)果文檔就好了，是個(gè)總結(jié)：
可見(jiàn)熱源和熱流向包括：
1. 生物新陳代謝產(chǎn)熱99.732W
2. 血液灌注組織產(chǎn)熱41.197W
3. 電磁損耗產(chǎn)熱167.940W
4. 生物模型對(duì)流散熱307.111W
所以，總熱量為99.732+41.197+167.940-307.111=1.758W。
可能這里有人問(wèn)了，血流為什么是產(chǎn)生熱量？不是應(yīng)該像水冷電腦那樣排出熱量嗎？這是因?yàn)闇囟壬撸軘U(kuò)張，流速加快，增加組織散熱，這個(gè)效果就相當(dāng)于血液本身產(chǎn)熱了，并且是和溫度呈線性相關(guān)的，所以bloodflow系數(shù)有個(gè)K，而新陳代謝系數(shù)中沒(méi)有K。
如果看熱流密度的話，可見(jiàn)主要流動(dòng)發(fā)生在直腸熱點(diǎn)附近，和周圍脂肪進(jìn)行的的熱交換；以及皮膚表面和環(huán)境之間的熱對(duì)流，以及后背和桌面之間的熱傳導(dǎo)。
小結(jié)：
1. 本案是生物模型的電磁與熱仿真，考慮新陳代謝、體表散熱以及血流對(duì)溫度的影響；
2. 本案例只是簡(jiǎn)單演示，并沒(méi)有對(duì)射頻激勵(lì)、熱點(diǎn)、網(wǎng)格收斂等內(nèi)容進(jìn)行深入分析。
3. 本案例是穩(wěn)態(tài)溫度結(jié)果，若需要研究瞬態(tài)的加熱過(guò)程，可用Tht求解器。
